氮循环关系到生态环境的可持续发展，也是“能源-食物-水”耦合的重要内容。人类尿液占城市水体积的1%，却富含70%以上的活性氮，将其进行源头分离即可源头控制水体中营养素的来源，又可以实现资源的高附加值循环利用。然而尿液中的尿素与水的氢键作用极强，其分离与转化都极具挑战。

近日，来自阿肯色大学(郭蕾助理教授)、华东理工大学(杨雪晶教授)与加州理工大学(William Goddard院士、Michael Hoffmann院士等)的研究者，采用水稳定的MOF-808为基体，充分发挥其多位点官能化可调的特性，同步实现对生物活性脲酶的固载稳定化、草酸后修饰下的高容量铵根离子吸附和Cu离子调控下的氨分子显色检测，最终达成将尿液中的尿素原位转化为氨氮并吸附回收，形成模块式可视化尿液资源回收系统。

MOF-808是目前水稳定性最高的MOF材料之一，因而在水处理领域的各方面应用（污染物吸附剂及降解去除，检测等）具有极大潜力。面向氨氮污染源头控制与资源化的挑战，研究者采用精准的后修饰手段，对MOF-808进行多重模块化修饰：（1）通过脲酶氨基残基与羰基形成酰胺键，共价固载脲酶量可达1.7g/g，其对尿素的水解速率(K_m, 25.15mM)与天然脲酶(K_m 24.80mM)基本可比，稳定性则得到了显著地提升(3倍以上)。（2）与此同时，研究者通过配位作用将二羧酸分子结合在MOF骨架上，进而增强对铵根离子的静电吸附作用，其中以草酸为封端的材料体系吸附容量大(113 mg/g)，吸附速率快、可在1min内实现吸附平衡，并可稳定脱附再生。结合分子动力学模拟发现，铵根离子与羧酸根形成稳定的密堆型离子加合物，其中草酸修饰的MOF-808具有最优的孔道修饰且与铵根离子的结合能最高。（3）更进一步地，研究者设计性引入Cu（II）配位结合在MOF骨架的金属结点，使材料可与溶液中游离氨分子发生显色反应，从而对尿液氮回收中氮元素的转化、吸附、以及再生过程全程进行可视化显示。

这一研究不仅进一步拓展了MOF材料在环境领域的应用场景，也为氨氮污染源头控制和资源回收提供了新颖的、模块化的解决方案。